[發(fā)明專利]基于單相機的溫度場測量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810769907.2
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN108871585B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設計）人: 劉戰(zhàn)偉;郝策;謝惠民;劉勝
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 北京晟睿智杰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11603
• 代理人: 于淼

1.一種基于單相機的溫度場測量系統(tǒng)，其特征在于，包括測量裝置以及計算裝置；

所述測量裝置包括入射窗、平板分光鏡、第一反射鏡組、第二反射鏡組、窄帶濾光片組以及相機；

所述入射窗為一塊透明玻璃片，所述玻璃片對所述窄帶濾光片組中的每個濾光片所透過波段的光透過率相同，用于接收待測件發(fā)出的光線；所述平板分光鏡與所述入射窗之間的夾角為第一預定角；所述平板分光鏡用于將從所述入射窗處接收到的光線平分為兩束完全相同的光束一和光束二；

所述第一反射鏡組包括第一反射鏡和第二反射鏡，所述第一反射鏡用于接收并反射所述光束一，所述第二反射鏡用于接收并反射所述光束二；所述第一反射鏡和所述第二反射鏡關于所述平板分光鏡鏡面對稱，且所述平板分光鏡的中心點與所述第一反射鏡的中心點以及所述第二反射鏡的中心點的距離相同；

所述第二反射鏡組包括第三反射鏡和第四反射鏡，分別用于接收并反射所述第一反射鏡組反射出的所述光束一和所述光束二；并且所述第三反射鏡和所述第四反射鏡之間的夾角為第二預定角，所述第二預定角的開口朝向所述平板分光鏡，所述第三反射鏡和所述第四反射鏡關于所述平板分光鏡鏡面對稱；

所述窄帶濾光片組包括第一濾光片和第二濾光片，分別用于接收所述第二反射鏡組反射出的所述光束一和所述光束二；所述第一濾光片與所述第二濾光片位于同一平面且并排設置在所述第二反射鏡組遠離所述平板分光鏡的一側，并且所述第一濾光片和所述第二濾光片關于所述平板分光鏡鏡面對稱；所述第一濾光片和所述第二濾光片的中心波長不同，且所述第一濾光片和第二濾光片的中心波長之差的絕對值小于150nm；所述第一濾光片和第二濾光片的中心波長均大于760nm；

所述相機設置在所述窄帶濾光片組遠離所述平板分光鏡的一側，并且所述相機的鏡頭正對所述窄帶濾光片組的中間位置；所述光束一和所述光束二經過所述第一反射鏡組、所述第二反射鏡組以及所述窄帶濾光片組后射入所述相機；

所述計算裝置用于根據(jù)所述相機拍攝到的圖像計算所述待測件表面的溫度場，包括：溫度預訂模塊、圖像接收模塊、匹配模塊、溫度計算模塊；

所述溫度預訂模塊用于接收所述待測件被加熱的目標溫度值，根據(jù)所述目標溫度值和標定系數(shù)曲線確定標定系數(shù)K，其中，所述標定系數(shù)曲線為溫度與標定系數(shù)的相關曲線；

所述圖像接收模塊用于接收所述相機拍攝的目標圖像，所述目標圖像上包括第一目標區(qū)域和第二目標區(qū)域；所述第一目標區(qū)域為所述光束一對應的虛像；所述第二目標區(qū)域為所述光束二對應的虛像；所述第一目標區(qū)域和所述第二目標區(qū)域呈鏡像關系；所述第一目標區(qū)域和所述第二目標區(qū)域上均包含N個標記點，所述標記點為在對所述待測件進行拍攝之前，對所述待測件表面制作的與未標記區(qū)域粗糙程度不同的標記；

所述匹配模塊用于執(zhí)行以下步驟：以任意一條直線為軸對所述第二目標區(qū)域做鏡像變換，得到第三目標區(qū)域；將所述第一目標區(qū)域上的每一個像素單元與所述第三目標區(qū)域上的每一個像素單元一一對應；所述像素單元為像素點或亞像素點；

所述溫度計算模塊，對于所述第一目標區(qū)域和所述第三目標區(qū)域上相對應的一個所述像素單元，采用以下公式計算所述待測件上所述像素單元對應的溫度：

其中，C₂表示第二輻射常數(shù)，λ₁、λ₂分別表示所述第一濾光片以及所述第二濾光片的中心波長，η₁、η₂分別表示所述相機在λ₁和λ₂波長下的光譜響應值，N₁和N₂分別表示所述第一目標區(qū)域和所述第三目標區(qū)域上相對應的一個所述像素單元的灰度值，K為所述標定系數(shù)。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于單相機的溫度場測量系統(tǒng)，其特征在于，

所述平板分光鏡與所述入射窗之間的夾角為45°；

所述第一反射鏡和所述第二反射鏡與所述平板分光鏡之間的夾角分別為θ，所述夾角θ的開口方向朝向所述入射窗一側，且0°<θ<20°。